(57)【要約】【課題】空気の揺らぎや外部振動、スペックルなどのノイズがあるとそれをも増幅することなく、簡略な光学系で、高倍率の位相差増幅を行う。【解決手段】ホログラフィー技術を用いて位相物体５を記録し、それを再生するとき、物体の再生光として±１次回折光が生ずるだけでなく、記録材料の非線形性により整数倍の位相をもつ高調波の高次回折光が生ずる。このとき、ｎ次回折光は記録された物体の位相差がn倍に増幅されている。位相差増幅法はこの現象を利用し、位相差増幅された二つの高次回折光を干渉させて測定する。たとえばn次と- n次回折光とを干渉させると、物体の位相差が2n倍に増幅されるので、小さな位相変化の物体でも位相が測定できるようになり、λ/(２n)毎の等高線が得られる。ディジタルホログラフィーを用いる位相差増幅法は、ホログラムをコンピューターに取り込み、コンピューターの中でホログラムを再生させ、位相差増幅を行わせる。【選択図】図１
2006017541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計により得られた被測定位相物体と参照波とのホログラム干渉縞を検出するＣＣＤカメラと、
該ＣＣＤカメラで受光したホログラム干渉縞の再生を行なって位相差を増幅するコンピューターとを備えていることを特徴とする位相差増幅装置。
【請求項２】
干渉計により得られた被測定位相物体光と参照波とのホログラム干渉縞をＣＣＤカメラで検出してコンピューターに取り込み、該コンピューターでホログラム干渉縞の再生を行い、該ホログラム干渉縞の位相差を増幅をすることを特徴とする位相差増幅方法。
【請求項３】
前記コンピューターの中に取り込んだホログラム干渉縞について、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を行う位相差増幅方法であって、
前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換は、ホログラム干渉縞をフーリエ変換し、得られる０次、±１次回折光のうち±１次回折光だけを取り出し、逆フーリエ変換してこれらを干渉させて干渉縞を得るものであり、
前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換を、前記得られた干渉縞についてｐ回（ｐは正の整数）繰り返すことによって２ｐ倍に位相差を増幅させることを特徴とする請求項２記載の位相差増幅方法。
【請求項４】
前記コンピューターの中に取り込んだホログラム干渉縞について、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を行う位相差増幅方法であって、
前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換は、ホログラム干渉縞をフーリエ変換し、得られる０次、n次および−m次回折光（n、ｍは正の整数）を取り出し、逆フーリエ変換してこれらを干渉させて干渉縞を得るものであり、
前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換を、前記得られた干渉縞についてｐ回（ｐは正の整数）繰り返すことによって（n＋ｍ）ｐ倍に位相差を増幅させることを特徴とする請求項２記載の位相差増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルホログラフィーを用いる位相差増幅装置及び位相差増幅法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ、ミラーの光学部品やシリンダー面、超精密加工面の計測、リソグラフィなどにおいて、精密に形状を測定する手段として、干渉法がある。
【０００３】
この干渉法は、被測定位相物体の波面と基準になる平面からの波面を干渉させ、縞を生じさせるものである。平面波から1波長あるいはその整数倍ずれた高さの位置に最も明るい縞が生じ、全体として干渉パターンとなって現れる。この干渉パターンは被測定物体の基準平面からのずれに対応しており、この干渉パターンを解析して被測定物体の形状が求められる。
【０００４】
上記従来の干渉法においては、透過物体の場合必ず１波長毎の等高線となり、反射物体の場合は１/２波長毎の等高線となる。これまで、たとえば数分の1波長とか数十分の1波長毎の等高線を作りだすことはできなかった。しかし、これを実現することは精密計測において大変重要である。
【０００５】
これに対して位相差増幅法の場合、ホログラムの再生光(１次回折光)とその共役波(−1次回折光)とを干渉させる。この場合、被測定波面と凹凸が完全に逆になった共役波面とが干渉することになる。したがって通常の干渉の場合、干渉縞は縞等高線となり、ひとつの縞の間の高さが１波長になるのに対して、位相差増幅法の場合、１／２波長毎の等高線が得られることになる。またこれは位相差が２倍に増幅されたと考えることができる。
【０００６】
位相差増幅法は、ホログラムを記録する時の記録材料の非線形により生ずる高次回折光のうち、±n次回折光だけを取り出して干渉させることによって、λ/（２ｎ）毎の等高線を得る方法である。
【０００７】
記録材料の非線形により生ずる高次回折光は、1次回折光の整数倍の位相を持つ高調波で形成されるので、位相が±n倍に増幅される。したがってn次回折光と−n次回折光とを干渉させた場合、得られる干渉縞はλ／（２ｎ）毎の等高線を表わすことが容易にわかる。そして、このことは被測定物体の位相が２ｎ倍に増幅されたことを意味する。
【０００８】
最近の位相差増幅法は光源としてレーザーを用い、ホログラムの記録材料として写真乾板のかわりに、液晶空間光変調素子を用いてほぼ実時間で処理できるようになり、実用化に近づいてきた。
【０００９】
位相差増幅法は、これまで光学系を用いてアナログ的に行われており、次の２つの手段がある。
（１）最初は写真乾板を用いてホログラム記録し、それを再生して行う。
（２）ほぼ実時間で行うために、液晶空間光変調素子にホログラム記録しそれを再生して行う（特許文献１、２参照）。
【００１０】
（１）の手段は、記録材料（写真乾板）の解像力が高く、この点においては非常によいのであるが、写真処理に時間があまりにもかかりすぎ、実用的でない。（２）の手段は、ほぼ実時間で処理でき、実用的に優れた方法であるが、液晶空間光変調素子の解像力が低いため、高次回折光をフィルタリングしてとりだすためには、適当な縞間隔と本数の干渉縞を用いなければならず、増幅度は10倍程度が限界である。
【００１１】
（１）および（２）の手段では、ｎ次と−ｎ次回折光を干渉させたり、フィルタリングする位相差増幅法の光学系がそれなりに複雑であり、装置全体が大きくなるなどの不利な点もかかえている。
【特許文献１】特開２００２−９０１２８号公報
【特許文献１】特開平１１−２８２３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
位相差増幅法は空気の揺らぎや外部振動、スペックルなどのノイズがあるとそれをも増幅してしまう。この問題を解決することは大変重要な課題である。また、ホログラムの記録材料として液晶空間光変調素子を用いる場合、液晶空間光変調素子の分解能が良くないため、高倍率の位相差増幅を達成することができない。高倍率を達成する方法を提案することは重要な課題である。さらに、実用化の視点からは、位相差増幅する光学系は簡略であればあるほど良いため、光学系の簡略化も重要な課題となる。以下、さらに、各課題についてさらに説明する。
【００１３】
（１）高い位相差増幅度
干渉計によって得られたホログラム（干渉縞）をコンピューターの中に取り込み、フーリエ変換して±n次回折光だけをとりだし、フーリエ逆変換して得た２つの振幅同士を再度干渉させて位相増幅させるが、本発明の課題は、高い位相差増幅度が実現することである。
【００１４】
（２）位相差増幅光学系の簡略化
従来の位相差増幅するための光学系は大きくなり複雑であるが、本発明の課題は、コンピューターを導入し、コンピューターの中でホログラムの再生することにより、位相差増幅のための光学系を省略可能とすることである。
【００１５】
（３）スペックル・ノイズ、空気の揺らぎおよび外部振動の影響の除去
位相差増幅法は、スペックル・ノイズ、空気の揺らぎおよび外部振動の影響があると、それらによって生ずる影響をも増幅してしまう。本発明の課題は、これらの影響が入らないようにすることである。
【００１６】
（４）任意の縞間隔の干渉縞の位相差増幅が可能
位相差増幅を光学系によって行う場合、±n次回折光だけをフィルタリングして取り出すために、ピンホールが用いられる。このフィルタリングをし易くするためには、従来は、適当な縞間隔のキャリア・フリンジ（干渉縞）が用いられねばならない。たとえば、ｍｍからサブｍｍ間隔のキャリア・フリンジを用いる場合、回折光を分離するために１ｍ程度の焦点距離のレンズを用いてフーリエ変換せねばならない。
【００１７】
そして、小さなピンホールをマイクロメーターつきのステージの上に固定して上下に移動させて位置を調整するので、フィルタリングに時間がかかるし、調整も簡単ではない。また、キャリア・フリンジの縞間隔によってピンホールサイズも変えねばならない。本発明の課題は、このように縞間隔を気にすることなく、ホログラムをフーリエ変換し、±n次回折光だけを簡単にフィルタリングして取り出すことができるようにすることである。
【００１８】
（５）画像処理の導入
光学系を用いて位相差増幅する場合、ホログラム（干渉縞）に対して行う簡単な画像処理の導入も難しい。本発明の課題は、位相差増幅にコンピューターを用いて、たとえば、よく起こる傾斜的に生ずる照明ムラの補正等の画像処理の導入を簡単に行うようにすることである。
【００１９】
また、物体光と参照光によって生ずる干渉縞において、よくあるそのコントラストの低下は液晶空間光変調素子では回折効率の急激な低下を引き起こすが、コントラストが低下した場合の改善は困難である。本発明の課題は、コントラストが低下してもフーリエ変換によって生ずる回折光が急激に弱くなるようなことがなく、また回折光が弱くなっても処理できるようにすることである。
【００２０】
（６）弱い入力信号
従来、位相差増幅に用いられていた液晶空間光変調素子は、光学系からの弱い光に対しては受光感度は必ずしもよくない。本発明の課題は、光学系からの入力が弱くても、高い感度で受光できるように感度を向上させることである。
【００２１】
（７）ＣＣＤセンサーのピクセルの感度の不均一
ＣＣＤセンサーの各ピクセルの感度は不均一であることは良く知られている。この影響が回折光によって再度作られる干渉縞に及ぶ場合には、高精度の測定は期待できない。本発明の課題は、干渉して得られる干渉縞には影響を与えず、高精度な測定を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記課題を解決するために、干渉計により得られた被測定位相物体と参照波とのホログラム干渉縞を検出するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラで受光したホログラム干渉縞の再生を行なって位相差を増幅するコンピューターとを備えていることを特徴とする位相差増幅装置を提供する。
【００２３】
また、本発明は上記課題を解決するために、干渉計により得られた被測定位相物体光と参照波とのホログラム干渉縞をＣＣＤカメラで検出してコンピューターに取り込み、該コンピューターでホログラム干渉縞の再生を行い、該ホログラム干渉縞の位相差を増幅をすることを特徴とする位相差増幅方法を提供する。
【００２４】
前記コンピューターの中に取り込んだホログラム干渉縞について、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を行う位相差増幅方法では、前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換は、ホログラム干渉縞をフーリエ変換し、得られる０次、±１次回折光のうち±１次回折光だけを取り出し、逆フーリエ変換してこれらを干渉させて干渉縞を得るものであり、前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換を、前記得られた干渉縞についてｐ回（ｐは正の整数）繰り返すことによって２ｐ倍に位相差を増幅させる構成としてもよい。
【００２５】
前記コンピューターの中に取り込んだホログラム干渉縞について、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を行う位相差増幅方法であって、前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換は、ホログラム干渉縞をフーリエ変換し、得られる０次、n次および−m次回折光（n、ｍは正の整数）を取り出し、逆フーリエ変換してこれらを干渉させて干渉縞を得るものであり、
前記フーリエ変換ないし逆フーリエ変換を、前記得られた干渉縞についてｐ回（ｐは正の整数）繰り返すことによって（n＋ｍ）ｐ倍に位相差を増幅させる構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は上記解決手段により次の効果が生じる。
（１）高い位相差増幅度が得られる。
干渉計によって得られたホログラム（干渉縞）をコンピューターの中に取り込み、フーリエ変換して±n次回折光だけをとりだし、フーリエ逆変換して得た2つの振幅同士を再度干渉させて位相増幅させるが、この操作を何回も繰り返すことにより、高い位相差増幅度が実現できる。このときの増幅度はＡ＝（ｎ＋ｍ）ｐによって表される。増幅度の限界はｄ/（２ｓ）で与えられる。たとえば、ｓ＝８μｍ、ｄ＝１６ｍｍとすると。位相差の増幅度は１０００である。
【００２７】
（２）位相差増幅光学系の簡略化ができる。
位相差増幅するための光学計は大きくなり複雑である。コンピューターを導入し、コンピューターの中でホログラムの再生することにより、位相差増幅のための光学系が省略できる。
【００２８】
（３）スペックル・ノイズ、空気の揺らぎおよび外部振動の影響の除去をすることができる。
位相差増幅法はスペックル・ノイズ、空気の揺らぎおよび外部振動の影響があると、それらによって生ずる影響をも増幅してしまうので、これらの影響が入らないようにすることは重要な課題である。スペックル・ノイズはレーザーを利用した干渉計の場合に生ずる。そこで、光源として低コヒーレント光や白色光を用いると、コヒーレンスが短くなるため、スペックルはほとんど生じない。空気の揺らぎおよび外部振動の影響を除去するためには、干渉計を共通航路にし、干渉する2光束の間の光路差を短くすることが必要である。これらの条件を満たす干渉計としてフィゾー干渉計が考えられる。
【００２９】
（４）任意の縞間隔の干渉縞の位相差増幅が可能である。
位相差増幅を光学系によって行う場合、±n次回折光だけをフィルタリングして取り出すために、ピンホールが用いられる。このフィルタリングをし易くするためには、適当な縞間隔のキャリア・フリンジ（干渉縞）が用いられねばならない。たとえば、ｍｍからサブｍｍ間隔のキャリア・フリンジを用いる場合、回折光を分離するために１ｍ程度の焦点距離のレンズを用いてフーリエ変換せねばならない。そして小さなピンホールをマイクロメーターつきのステージの上に固定して上下に移動させて位置を調整するので、フィルタリングに時間がかかるし、調整も簡単ではない。また、キャリア・フリンジの縞間隔によってピンホールサイズも変えねばならない。
【００３０】
コンピューター使用の場合はフーリエ変換面で±n次回折光だけを取り出すフィルタリングは簡単にでき、縞間隔を気にしなくて良い。たとえば、精度を上げるために画面いっぱいに大きな間隔のキャリア・フリンジを用いるが、この場合でもホログラムをフーリエ変換し、±n次回折光だけを簡単にフィルタリングして取り出すことができる。
【００３１】
（５）画像処理が容易に導入できる。
光学系を用いて位相差増幅する場合、ホログラム（干渉縞）に対して行う簡単な画像処理の導入も難しいが、位相差増幅にコンピューターを用いる場合、画像処理の導入は簡単である。たとえば、よく起こる傾斜的に生ずる照明ムラの補正は光学系では難しいが、コンピューターでは瞬時にできる。
【００３２】
また、物体光と参照光によって生ずる干渉縞において、よくあるそのコントラストの低下は液晶空間光変調素子では回折効率の急激な低下を引き起こすが、コントラストが低下した場合の改善は困難である。コンピューターではコントラストが低下してもフーリエ変換によって生ずる回折光が液晶空間光変調素子のように急激に弱くなることはないし、また回折光が弱くなっても処理できる。
【００３３】
（６）弱い入力信号でも動作が可能である。
これは光学系による位相差増幅に用いられる液晶空間光変調素子とコンピューターによる位相差増幅のときに用いられるＣＣＤセンサーの間の感度の違いによるメリットである。液晶空間光変調素子の入力感度が１０−３Ｗ/cm２に対してＣＣＤセンサーの感度は通常使用のもので１０−５Ｗ/cm2であり、2桁くらいは少なくとも向上する。ＣＣＤの場合、冷却すればさらに感度が向上する。
【００３４】
（７）ＣＣＤセンサーのピクセルの感度の不均一であっても高精度な測定が可能である。
ＣＣＤセンサーの各ピクセルの感度は不均一であることは良く知られている。この影響が回折光によって再度作られる干渉縞に及ぶ場合には、高精度の測定は期待できない。しかし、幸運なことにフーリエ変換された各回折光にはピクセル全体からの情報が集まる。したがって、各ピクセル間の感度の不均一による影響は積分されるので逆フーリエ変換され、干渉して得られる干渉縞には影響を与えない。このようにして高精度な測定が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。
【００３６】
位相差増幅法の場合、ホログラムの再生光(１次回折光)とその共役波(−1次回折光)とを干渉させる。この場合、被測定波面と凹凸が完全に逆になった共役波面とが干渉することになる。したがって通常の干渉の場合、干渉縞は縞等高線となり、ひとつの縞の間の高さが１波長になるのに対して、位相差増幅法の場合、１／２波長毎の等高線が得られることになる。またこれは位相差が２倍に増幅されたと考えることができる。
【００３７】
記録材料の非線形により生ずる高次回折光は、1次回折光の整数倍の位相を持つ高調波で形成されるので、位相が±n倍に増幅される。したがってn次回折光と−n次回折光とを干渉させた場合、得られる干渉縞はλ／（２ｎ）毎の等高線を表わすことが容易にわかる。そして、このことは被測定物体の位相が２ｎ倍に増幅されたことを意味する。
【００３８】
位相差増幅法はこれまで、ホログラムの記録材料として写真乾板を用いて実現する方法、液晶空間光変調素子を用いる方法が開発されてきた。写真乾板を用いる方法は写真処理に時間がかかり過ぎ、実用的ではない。液晶空間光変調素子を用いる方法はほぼ実時間計測が可能であるが、高次回折光を分離するフィルタリングにおいて、適当な間隔のキャリア・フリンジを用いる必要があり、不便である。
【００３９】
ディジタルホログラフィーを用いる本発明は、過去の提案に比較して、処理にわずかであるが時間がかかり実時間計測とはいかないが、フィルタリングは容易であり、実用的により優れた方法である。
【００４０】
本発明のディジタルホログラフィーを用いる位相差増幅法および装置は、マイケルソン干渉計、マッハツエンダー干渉計、共通光路のフィゾー干渉計やシアリング干渉計など従来のすべての干渉計で得られた干渉縞に対して適用できる。光源もレーザー光原、準単色光源、白色光源、低コヒーレント光源などが利用でき、干渉縞さえ形成できれば、本発明の位相増幅法が適用される。
【００４１】
干渉計によって得られた干渉縞は直接ＣＣＤカメラでコンピューターの中に取り入れて位相差増幅を行わせる。すなわち取り込んだ干渉縞をフーリエ変換して得られる０次、±１次回折光のうち±１次回折光だけを取り出し、逆フーリエ変換してこれらを干渉させる。さらにこの干渉縞を最初に取り込んだ干渉縞と同じように考えてフーリエ変換し、同じことを繰り返す。ｐ回繰り返すと２ｐ倍に増幅される。
【００４２】
さらに、物体の位相を増幅して干渉測定を行う場合には、上記処理をｐ回（最初の手続きも含めて）繰り返す。このとき、n次回折光と−m次回折光をフィルタリングして行うと、Ａ＝（ｎ＋ｍ）p倍に増幅される。ただし、nとmは正の整数である。たとえば、n＝２、 m＝２、p＝３とすると、増幅度はＡ＝６４となる。
【００４３】
通常、干渉縞が理想的に記録され、それをフーリエ変換して回折光を観測するならば、0次および±1次回折光しか生じない。しかし、CCDカメラでコンピューターの中に取り込む場合、光の強度変化が量子化により不連続にされ、取り込まれる。これが高次回折光をつくりだすものである。
【実施例１】
【００４４】
図１は、本発明に係る位相差増幅装置及び位相差増幅方法の実施例であり、位相差増幅装置１は、準単色光源の水銀灯２とフィゾー干渉計３を備えている。フィゾー干渉計３は、光学系がほぼ共通光路で形成されており、たとえばフェーズステッピング法などの導入が困難な干渉計である。
【００４５】
水銀灯２から生ずる光は、コリメータレンズ４により平行光束にされてフィゾー干渉計３に入る。被計測物体５（サンプル）は、ステップ状に段差をつけた透過型の位相物体とする。この被計測物体５（「位相物体」という。）は、精度λ/１０以上の平面度のミラー８の面の半分だけを酸化シリコン（透明）９で蒸着して作製されたものであり、酸化シリコンの屈折率は１．４８である。
【００４６】
この位相物体５は、その酸化シリコン９側を、図１に示されるように、反射率４０％のビームスプリッター１０（平行平面板）によってカバーされており、この平行平面板１０から反射される光がフィゾー干渉計３の参照光となる。位相物体５からの反射光と参照光とが干渉して生じる干渉縞は、図に示すように、ハーフミラー１１で反射され、集光レンズ１２を通して、ＣＣＤカメラ６でデジタルデータとして撮像される。
【００４７】
そして、ＣＣＤカメラ６で得られたデジタルデータは、コンピューター７の中に取り入れられ、コンピューター７で、高速フーリエ変換アリゴリズムを用いて、数値的に処理される。
【００４８】
フーリエ変換面においては、±n次回折光の複素振幅がフィルタリングされて取り出された後、逆フーリエ変換されて、物体面における干渉縞が計算される。このとき得られる干渉縞は波長がλ/（2n）の光束によって作り出される干渉縞と同じものになる。これは物体の位相が2n倍だけ増幅されたと考えることも出来る。
【００４９】
図２（ａ）は、位相差増幅する前のオリジナルの干渉縞が示されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）の干渉縞をフーリエ変換して得られる画像である。図２（ｃ）は図２（ｂ）をフィルタリングして得られた±１次回折像であり、図２（ｄ）は逆フーリエ変換して生成された干渉縞が示されており、λ/２、λ/４、λ/８、はそれぞれ±１次回折光をフーリエ変換、フィルタリング、フーリエ逆変換、干渉縞生成を１回〜３回（ｐ＝１，２，３）繰り返したものである。
【００５０】
図２（ａ）と図２（ｄ）を比較すると、横ずれ量が2ｐ倍になっていることがわかる。またキャリアとして用いられる干渉縞（キャリア・フリンジ）も増幅されるため、干渉縞間隔が狭くなるが、目で比較する場合干渉パターンを2ｐ倍に拡大すれば、増幅前と増幅後のキャリア・フリンジを同じ間隔にして比較することができるため、増幅されていることがわかり易くなる。ステップ状の位相物体５の場合、キャリア・フリンジの横ずれ量からステップの高さが計算される。
【００５１】
どこまで位相差増幅できるか、その限界は次の通りである。サンプリング定理によると、ＣＣＤカメラ６で画像をコンピューター７に取り込む場合の最大の空間周波数は、干渉縞を取り込むＣＣＤカメラ６のピクセル・サイズの２倍になる。したがって、意味のあるキャリア・フリンジの最大周波数はこの周波数と同じになる。このときの干渉縞の縞間隔は意味のある最小縞間隔を与え、ピクセル・サイズの２倍となる。
【００５２】
したがってピクセル・サイズの２倍になるまで位相差増幅させても意味のあるキャリア・フリンジが得られる。一般にＣＣＤカメラ６のレンズ系の分解能は1.22λＦによって表され、その値はピクセル・サイズ約８ミクロンに比較してほぼ同じ程度 かそれより小さい範囲で使用されると考えてよい。ただし、λは光の波長、Ｆはエフ・ナンバーである。したがって、ＣＣＤカメラ６の解像力はそのレンズの分解能より、ピクセル・サイズで制限を受ける。
【００５３】
干渉縞の間隔をｄ、ピクセル・サイズをｓとする。このときサンプリング定理によれば２ｓ/ｄ周期の干渉縞まで忠実に再現できる情報が含まれることになる。したがって波長が２ｓλ/ｄ毎の干渉縞まで得られる。このときの増幅度はｄ/（２ｓ）で与えられる。たとえば、ｓ＝８μｍ、ｄ＝１６ｍｍとすると１／１０００波長毎の等高線が得られることになる。位相差の増幅度は１０００である。
【００５４】
フィゾー干渉計３に入るノイズとしては、空気の揺らぎ、外部振動、ごみや内部反射によって生じさせられるスペックルや不必要な干渉縞がある。位相差増幅法を適用した場合、これらのノイズも増幅してしまう恐れがある。ノイズに対処する基本的な考え方は干渉計にノイズが入らないようにする事である。たとえば、フィゾー干渉計３を用いれば、共通光路の干渉計になっており、空気の揺らぎや外部振動の影響は極力さけられる。
【００５５】
また、干渉計の光源として純単色光源、ローコヒーレント光源や白色光源を用いれば、内部反射光と信号光との干渉はほぼ防げる。ごみの影響もかなり防げるが、非常に高精度な測定を行うので、レンズ、ミラー、顕微鏡の対物レンズ等の光学部品はきれいに保つことは重要である。
【００５６】
ＣＣＤカメラから生ずる熱雑音などは極力少ないものを用いる。このようなノイズ除去は本発明の目的とするところではない。
【００５７】
ところで、干渉計測においてギャップの測定は困難である。理由は干渉縞がギャップのところで飛び、波長の整数倍の情報が干渉縞の情報として現れないからである。例えば、２波長ずれたのか３波長ずれたのかがわからず、次数の端数の部分だけわかるのである。
【００５８】
このような場合、波長がわずかに異なる二つの波長を用いてそれぞれの干渉縞を得て、それぞれの干渉縞の端数を読み、それから求めることができる（２波長法）。例えば、波長をλ１、λ２とし、Δλ=λ１―λ２、さらにΔn1、Δn2を干渉縞の次数の端数とすると、ギャップの高さはｈ＝｛λ１λ２（Δn1―Δn2）｝／Δλで表され、この式から次数の端数を測定し、二つの波長を代入してギャップの高さがもとめられる。
【００５９】
ただし、ギャップの高さがｈ＝（λ１λ２）／Δλより小さいことが仮定された。たとえば、図３に示すような光学系において、λ１として635 nmの波長を持つ半導体レーザーダイオード２０、λ２として636nmの波長を持つ半導体レーザーダイオード２１（実際は636nm〜690nmの波長を持つが636nmに調整した。）を用いるとすると、高さが４００μｍより小さいことがわかっていれば、ギャップの高さを求めることができる。
【００６０】
なお、図３は、図１に示す光学系と較べて、波長の異なる半導体レーザーダイオードを２つ設けた構成において相違するが、その他の構成においてはほぼ同じである。図３において、２２、２３はそれぞれハーフミラーであり、２４はビームスプリッターであり、２５は被測定物体（サンプル）を示す。
【００６１】
また、本発明では、白色光を用いてもよい。この場合は、干渉縞が黒色になる位置が高さ０となるので、ギャップの下側と上側で生じている黒色の干渉縞の間の本数を端数も入れて計算し、それに波長をかけてギャップの高さが計算される。すなわち、干渉縞の本数（次数の整数部分）をn、端数部分をΔnとすると、ギャップの高さはh=(n+Δn) λによって表される。
【００６２】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施の形態があることは言うまでもない
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本方法は干渉計測全般に利用できる。たとえばオプティカル・ワークショップでは、研磨の状態を知るためにニュートンリングと呼ばれる干渉縞が利用されてきた。ニュートンリングはフィゾー型の干渉計によって得られる。得られた干渉縞に位相差増幅法を導入すれば精度を向上させることができる。従来の方法で得られたニュートンリングをCCDカメラによってコンピューターに取り込み、位相差増幅を施せば良い。これは実用的な見地から大変意義のあることである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の全体構成を示した説明図である。
【図２】図２（ａ）は、位相差増幅する前の干渉縞を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の干渉縞をフーリエ変換した画像であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のフーリエ画像を位相差増幅処理を施したフーリエ画像であり、図２（ｄ）は逆フーリエ変換して生成された干渉縞を示す。
【図３】本発明の測定の態様を説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  位相差増幅装置
２  準単色光源の水銀灯
３  フィゾー干渉計
４  コリメータレンズ
５  位相物体
６  ＣＣＤカメラ
７  コンピューター
８  ミラー
９  酸化シリコン
１０  ビームスプリッター
１１  ハーフミラー
１２  集光レンズ
２０、２１  半導体レーザーダイオード
２２、２３  ハーフミラー
２４  ビームスプリッター
２５  被測定物体（サンプル）
【図１】
2006017541.tif 000003
【図２】
2006017541.tif 000004
【図３】
2006017541.tif 000005